-1-

1. CHÉMIA pre 3. roč. gymnázií ( J. Čársky, J. Kopřiva a iní) -1- CH / III -2- 4 ZÁKLADY BIOCHÉMIE 4 ZÁKLADY BIOCHÉMIE škrob 4.5 CHEMICKÉ DEJE V ŽIVÝCH SÚSTAVÁCH 38. Oxidácia glukózy v živých sústavách pri anaeróbnych podmienkach α–D- glukóza 4.5.5 Biosyntéza a metabolizmus sacharidov (str. 139 -142) Sacharidy sú dôležitým zdrojom energie, ktorú bunky získavajú ich oxidáciou. Vyššie organizmy získavajú tieto látky najmä potravou, ako produkty metabolizmu zelených rastlín (fototrofných organizmov; 3.5). Základný sacharid – glukóza vzniká asimiláciou z oxidu uhličitého a vody pri fotosyntéze (obr. 37). Fotóny slnečného žiarenia dopadajú na zelené farbivo – chlorofyl, ktoré sa nachádza v chloroplastoch rastlín. Elektróny exitované fotónmi slnečného žiarenia sa z chlorofylu postupne prenášajú na koenzýmy, podobne ako v koncovom oxidačnom reťazci mitochondrií, pričom strácajú svoju exitačnú energiu. Tá sa využíva na tvorenie molekúl ATP. Úbytok elektrónov chlorofylu (aby mohol plniť svoju funkciu ďalej) sa vyrovnáva oxidáciou atómu kyslíka v molekule vody za vzniku elementárneho kyslíka (½ O2 ). Je to tzv. svetelná reakcia, lebo prebieha pri dopade slnečných lúčov na rastliny. Redukované koenzýmy sa potom využívajú na redukciu uhlíka v oxide uhličitom, pričom už nie je potrebná svetelná energia. Je to tzv. tmavá reakcia. Zložitou metabolickou dráhou sa zo šiestich molekúl oxidu uhličitého tvorí glukóza. Jej polykondenzáciou vzniká polysacharid – škrob. ATP ADP α–D- glukóza -6- fosfát ATP ADP ANAERÓBNY DEJ Výhodnejšie je, keď sa glukóza oxiduje za prítomnosti kyslíka (aeróbne podmienky). Vtedy utvorená kyselina pyrohroznová po odovzdaní oxidu uhličitého sa premení na aktivovanú kyselinu octovú (acetylkoenzým A), ktorá sa v citrátovom cykle celkom oxiduje (4.5.4). Pri týchto podmienkach bunka získa takmer 20-násobne väčšie množstvo molekúl ATP ako pri oxidácii glukózy v anaeróbnych podmienkach. Keď bunky majú dostatočné množstvo glukózy, môžu si ju ukladať vo forme poly- sacharidov. Rastlinná bunka tvorí z glukózy škrob, živočíšna a ľudská bunka glykogén. Tieto látky sa potom využívajú ako zásoba energie a v čase potreby môžu z nich bunky znovu získavať molekuly glukózy a ich oxidáciou molekuly ATP. fruktóza -1,6- bisfosfát 6 6 CH2O–P CH2OH dihydroxy- acetónfosfát O O 1 1 glyceraldehydfosfát OH OH OH OH HO HO HO HO H2O svetelná energia kyselina pyrohroznová (2x) CO2 glukóza ADP acetaldehyd 6 1 O CH2O–P oxidované koenzýmy kyselina mliečna CH3CH2OH 37. Fotosyntéza: reakcia za svetla a v tme HO redukované koenzýmy etanol Takto zelené rastliny poskytujú vyšším organizmom základné sacharidy, najmä škrob, ale aj sacharózu, maltózu a glukózu. Zložité sacharidy sa pomocou enzýmových reakcií menia na glukózu, ktorá je najdôležitejším zdrojom energie pre väčšinu organizmov. Glukóza sa môže metabolickou dráhou premieňať v kvasinkách na etanol. Najprv sa fosforyluje na glukózu-6-fosfát, a potom sa mení na fosforylovanú fruktózu. Jej rozštiepením vznikajú trojuhlíkové sacharidy (fosforylované triózy) a následnou oxidáciou trojuhlíkové fosforylované karboxylové kyseliny. Z nich potom vznikne kyselina pyrohroznová a po odštiepení oxidu uhličitého acetaldehyd, ktorý sa redukuje na etanol (obr. 38). Tento dej prebieha bez kyslíka (anaeróbne podmienky), nazýva sa alkoholovékvasenie. Mikrobiálne bunky pri tomto kvasení získavajú potrebnú energiu vo forme molekúl ATP. Táto metabolická dráha (oxidácia glukózy) sa vyskytuje pri niektorých mikroorganizmoch, ale prevažnú časť chemických reakcií tejto dráhy nachádzame aj u vyšších organizmov a u človeka. Tu sa však oxidáciou glukózy netvorí etanol, ale pri anaeróbnych podmienkach vzniká kyselina mliečna. Vznik kyseliny mliečnej z glukózy prebieha v metabolickej dráhe, ktorú nazývame glykolýza. Energia, ktorá sa pri tomto deji uvoľní, ukladá sa opäť do molekúl ATP. Množstvo energie získanej pri anaeróbnych podmienkach je však veľmi malé. OH CO2 O2 ATP acetylkoenzým A HO AERÓBNY DEJ CH2O–P CH2O–P svetelná reakcia tmavá reakcia P–OH2C [ H ] koncový dýchací reťazec citrátový cyklus ATP ADP (2x) ATP ADP (2x) CH−OH C=O O CH3 O O O O Otázky a úlohy C C C C OH H H OH C=O CH2–OH 1. Vysvetlite princíp fotosyntézy. 2. Aký rozdiel je medzi alkoholovým kvasením a glykolýzou? 3. Aký rozdiel je medzi oxidáciou glukózy v anaeróbnych a aeróbnych podmienkach? 4. Charakterizujte štruktúru jednoduchých a zložitých sacharidov. 5. Napíšte vzorec glukózy a fruktózy. Odvoďte ich fosforečné estery. CH3–CH– OH CH3– CH3–C ~ SCoA